軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)5G通信技術(shù)應(yīng)用

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摘要：上海城市軌道交通現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)為了適應(yīng)智慧軌道交通的發(fā)展方向，需要進(jìn)行升級(jí)改造。5g通信技術(shù)作為第五代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，具有高速率、低延時(shí)、海量連接等特性。對(duì)5G通信技術(shù)在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討，利用5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算初擬構(gòu)建智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；5G通信技術(shù)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)用

上海作為一個(gè)國(guó)際大都市，確保城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全、提升乘客服務(wù)水平對(duì)上海城市發(fā)展至關(guān)重要。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，上海市民市內(nèi)交通出行主要通過(guò)軌道交通完成，軌道交通承載著城市最大的人口流動(dòng)量，工作日的日均客流量已超過(guò)1000萬(wàn)人次。經(jīng)過(guò)20多年的持續(xù)建設(shè)，目前上海的軌道交通運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)世界前列。因各線(xiàn)路建設(shè)周期跨度大，受制于建設(shè)時(shí)的技術(shù)限制，新老線(xiàn)路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)差異性很大，既有模數(shù)混合的標(biāo)清模式，也有全數(shù)字的高清模式。歷史建設(shè)原因造成目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)復(fù)雜、業(yè)務(wù)層級(jí)多，缺乏有效的手段對(duì)全網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的端到端的管理，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可管可控性、穩(wěn)定性及可擴(kuò)展性均無(wú)法滿(mǎn)足上海城市軌道交通的數(shù)字化發(fā)展需求。5G通信技術(shù)作為國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域，從2019年開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展期。以上海市為例，已建成超過(guò)1.6萬(wàn)個(gè)宏基站，實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)中心城區(qū)和郊區(qū)重點(diǎn)區(qū)域的全覆蓋。其中：電信運(yùn)營(yíng)商已完成上海軌道交通2、10、17號(hào)線(xiàn)共5個(gè)站點(diǎn)的5G信號(hào)覆蓋工作；2020年將進(jìn)行上海軌道交通1、2、7、12號(hào)線(xiàn)的站點(diǎn)信號(hào)覆蓋，18、10號(hào)線(xiàn)及其他線(xiàn)路也正在規(guī)劃之中。隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)在城市軌道交通領(lǐng)域的全覆蓋，與運(yùn)營(yíng)商合作利用其5G通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于5G通信網(wǎng)絡(luò)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這對(duì)現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的改造也是一種可行的方案。

15G通信技術(shù)在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用契機(jī)

相對(duì)于4G通信技術(shù)主要追求速度，5G通信技術(shù)更關(guān)注人與物、物與物的應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)主要有增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、低時(shí)延高可靠通信（uRLLC）及海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC）。為了適用不同的業(yè)務(wù)需求，5G通信技術(shù)的核心網(wǎng)是基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，將網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV），控制面和數(shù)據(jù)面分離，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片以及下沉應(yīng)用計(jì)算能力到網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)。利用5G通信技術(shù)上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的改造，可以更好地適應(yīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高清化、移動(dòng)化、智能化的發(fā)展方向。

1.1網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)和治安的重要保證系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)需要進(jìn)行嚴(yán)格的內(nèi)外部隔離，以保證其安全性。5G通信技術(shù)的端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以達(dá)到與專(zhuān)網(wǎng)同等級(jí)別的安全度和隔離性。通過(guò)該技術(shù)可以建立一張自主虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的設(shè)備才可以接入該切片，并在切片中進(jìn)行通信，未經(jīng)授權(quán)的用戶(hù)無(wú)法連接使用該網(wǎng)絡(luò)切片。同時(shí)，可以通過(guò)端到端的NFV以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源，以滿(mǎn)足因突發(fā)事件導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源增加的場(chǎng)景，如節(jié)假日特殊區(qū)域增加視頻監(jiān)控密度等。5G通信網(wǎng)絡(luò)相比于自建的光纖專(zhuān)網(wǎng)具有更大的網(wǎng)絡(luò)彈性，敏捷性更高，可以快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署。

1.2邊緣計(jì)算技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清化的核心是提升計(jì)算能力，解決高清視頻在轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)方面遇到的瓶頸；當(dāng)攝像頭采集連續(xù)的高清畫(huà)面時(shí)，需要對(duì)攝像頭進(jìn)行智能控制，以實(shí)現(xiàn)流媒體快速及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)等處理。通過(guò)在5G通信的承載網(wǎng)邊緣部署邊緣計(jì)算，可以將視頻處理業(yè)務(wù)面下沉到用戶(hù)側(cè)，對(duì)基站下攝像頭抓取的信息進(jìn)行本地存儲(chǔ)，以降低視頻數(shù)據(jù)分析處理的時(shí)延。同時(shí)，可基于邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭個(gè)性化策略管理，根據(jù)采集的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)。通過(guò)5G通信技術(shù)+邊緣計(jì)算平臺(tái)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)流不需要經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)，直接由邊緣計(jì)算平臺(tái)分流到本地網(wǎng)絡(luò)，保證了業(yè)務(wù)流的私有化，更有利于安全管控。同時(shí)，本地業(yè)務(wù)分流可以降低回傳帶寬消耗和業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)延，提升了業(yè)務(wù)體驗(yàn)。另外，可以基于5G通信技術(shù)+邊緣計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建用戶(hù)側(cè)的一朵云，按業(yè)務(wù)實(shí)際需求將其他時(shí)延敏感類(lèi)的業(yè)務(wù)也下沉到邊緣計(jì)算平臺(tái)，建立用戶(hù)側(cè)強(qiáng)大的信息計(jì)算能力，以適應(yīng)城市軌道交通線(xiàn)路全專(zhuān)業(yè)智能化運(yùn)維、列車(chē)無(wú)人駕駛、基于高清視頻的客流疏導(dǎo)應(yīng)用、人臉識(shí)別及跟蹤定位等創(chuàng)新應(yīng)用。

2基于5G通信技術(shù)的軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

基于5G通信技術(shù)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。城市軌道交通地下車(chē)站的站臺(tái)、站廳的5G信號(hào)覆蓋可以考慮采用分布式皮基站進(jìn)行建設(shè)，地面車(chē)站及停車(chē)場(chǎng)采用宏基站進(jìn)行信號(hào)覆蓋。在高清攝像頭接入一側(cè)，面向5G通信技術(shù)的基于CU/DU的兩級(jí)架構(gòu)，可以在CU處建立區(qū)域處理中心，其物理位置可考慮在線(xiàn)路OCC（運(yùn)營(yíng)控制中心）所在地。將核心網(wǎng)的一部分應(yīng)用功能下沉，在CU處部署邊緣計(jì)算服務(wù)器，除了可以用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)之外，還可以針對(duì)車(chē)控連接平臺(tái)低時(shí)延需求，實(shí)現(xiàn)AI（人工智能）能力前置，對(duì)車(chē)輛、線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)運(yùn)維聯(lián)動(dòng)管理提供支持。3C集控中心、軌交總隊(duì)等地的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)城市軌道交通高速數(shù)據(jù)網(wǎng)接入到5G通信承載網(wǎng)。5G通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，將城市軌道交通視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)與5G公網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離。當(dāng)客戶(hù)需要調(diào)用視頻監(jiān)控時(shí)，地鐵車(chē)站的高清攝像頭可根據(jù)上層視頻監(jiān)控系統(tǒng)的指令，進(jìn)行視頻抓取，并通過(guò)5G通信的空口進(jìn)行高速回傳；以邊緣計(jì)算服務(wù)器為核心的本地處理中心，除了可以對(duì)回傳的高清視頻進(jìn)行本地存儲(chǔ)處理（如數(shù)據(jù)分析、圖像檢測(cè)識(shí)別等），還可以按上層視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求對(duì)監(jiān)控策略進(jìn)行執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)攝像頭的智能化管控。基于5G通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造，可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成三級(jí)架構(gòu)，中間業(yè)務(wù)承載層是運(yùn)營(yíng)商5G通信網(wǎng)絡(luò)，兩頭是集中監(jiān)控點(diǎn)和車(chē)站視頻監(jiān)控點(diǎn)。這樣網(wǎng)絡(luò)扁平化后對(duì)照現(xiàn)有系統(tǒng)可知，減少了中間層級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)處理，將會(huì)減少潛在的故障點(diǎn)，因而有利于日常運(yùn)維，提高了系統(tǒng)的可控性和可管理性能力?；?G通信網(wǎng)絡(luò)高速率海量連接的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以快速應(yīng)對(duì)城市軌道交通運(yùn)維時(shí)臨時(shí)增加視頻監(jiān)控點(diǎn)、改變視頻監(jiān)控點(diǎn)物理位置的需求，也可以滿(mǎn)足視頻向超高清發(fā)展時(shí)網(wǎng)絡(luò)帶寬成倍增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)要求，以及業(yè)務(wù)的快速部署和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的易于擴(kuò)容升級(jí)，這將大大增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)的柔性，有利于匹配智慧軌道交通的發(fā)展趨勢(shì)。基于5G通信網(wǎng)絡(luò)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)運(yùn)維需求，按成本投入最優(yōu)化原則進(jìn)行云分層建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，在3C集控中心側(cè)的核心云可支撐全路網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，在車(chē)站側(cè)的用戶(hù)云可聚焦智慧車(chē)站的應(yīng)用。

3結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)不同于通常意義的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有其特殊的行業(yè)屬性?；谶\(yùn)營(yíng)商5G通信網(wǎng)絡(luò)的eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景承載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等技術(shù)，可以很好地解決系統(tǒng)安全性、新業(yè)務(wù)快速部署、動(dòng)態(tài)流量調(diào)優(yōu)等需求，增加了整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的敏捷性，有利于實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高清化、移動(dòng)化、智能化。另外，通過(guò)和運(yùn)營(yíng)商合作，可以利用城市軌道交通內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源以及運(yùn)營(yíng)商5G通信公網(wǎng)資源，拓展了5G通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)可降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

參考文獻(xiàn)

［1］徐旭志.我國(guó)安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程分析及5G趨勢(shì)展望［J］.機(jī)電信息，2020（3）：98.

作者：董煒 周云 單位：上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司